CMOS模拟集成电路设计ch3单级放大器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,CMOS模拟集成电路设计,单级放大器,10/7/2024,1,提纲,1、共源级放大器,2、共漏级放大器（源跟随器）,3、共栅级放大器,4、共源共栅级放大器,10/7/2024,2,10/7/2024,3,1、共源级放大器,1.1 电阻做负载的共源级放大器,大信号分析,cutoff,active,triode,MOS管工作在饱和区时,10/7/2024,4,小信号分析,考虑沟道长度调制时，,10/7/2024,5,讨论,增益对信号电平的依赖关系导致了非线性,增大,W/L,、,或增大,V,RD,、,或减小,I,D,，,都可以提高,A,v,但是，,较大的器件尺寸，导致较大的器件电容较高的,V,RD,会限制最大电压摆幅若,V,RD,保持常数，减小,I,D,，,则必须增大,R,D,，,导致更大的输出节点时间常数10/7/2024,6,1.2 MOS二极管连接做负载的共源级,MOS二极管连接,二极管连接的阻抗为,二极管连接的阻抗为,考虑体效应时,10/7/2024,7,增益,NMOS二极管连接做负载,其中,没有体效应,PMOS二极管连接做负载,10/7/2024,8,另一种二极管连接nmos管做负载的结构,优点？,缺点？,10/7/2024,9,另一种二极管连接nmos管做负载的结构,电流镜只采用nmos,没有体效应,增益精确,好的PSRR,两倍功耗,10/7/2024,10,讨论,增益与输入信号无关，是器件尺寸的弱函数。

高增益要求会造成晶体管的尺寸不均衡例：为了达到10倍增益，则(W/L),1,=50(W/L),2,在这个例子中，M,2,的过驱动电压应该是M,1,的过驱动电压的10倍若V,GS1,-V,TH1,=200mV，|V,TH2,|=0.7V，|V,GS2,|=2.7V，严重制约输出电压摆幅允许的输出电压摆幅减小10/7/2024,11,1.3 电流源负载的共源级放大器,讨论,获得更大的增益,M,2,的输出阻抗与所要求的M,2,的最小|V,DS,|之间联系较弱，因此对输出摆幅的限制较小长沟器件可以产生高的电压增益同时增加W、L将引入更大的节点电容I,D,A,V,考虑沟道长度调制，,10/7/2024,12,1.4 带源级负反馈的共源级放大器,小信号直接分析方法,这里，没有考虑体效应和沟道长度调制效应,讨论,增加源级负反馈电阻，使增益是g,m,的弱函数，实现线性的提高线性化的获得是以牺牲增益为代价的当g,m,R,S,1,A,V,R,D,/R,S,10/7/2024,13,考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为,10/7/2024,14,小信号等效分析,辅助定理：性电路中，电压增益等于-G,m,R,out,，其中G,m,表示输出与地短接时电路的跨导；R,out,表示当输入电压为零时电路的输出电阻。

线性电路的输出端口可用诺顿定理来等效，可得，输出电压为-I,out,R,out,，定义G,m,=I,out,/V,in,，可得V,out,=-G,m,V,in,RoutG,m,?,R,out,?,诺顿定理：线性有源单口网络等效电流源的恒流源等于有源单口网络的短路电流，内阻等于网络中所有独立源不激励时的端口电阻10/7/2024,15,计算G,m,（考虑沟道长度调制及体效应),由于 ，所以,因此，,10/7/2024,16,计算R,out,计算流经r,o,的电流,带入V1，得到：,得到,所以，,输出电阻增大！,10/7/2024,17,计算A,v,A,v,=-,G,m,(,R,out,|,R,D,),若忽略r,O,和g,mb,的影响，即r,O,和g,mb,=0,10/7/2024,18,2、共漏级放大器（源跟随器）,大信号分析,当V,in,V,TH,时，M,1,处于截止状态，V,out,等于零；,V,in,增大并超过V,TH,，M,1,导通进入饱和区；,V,in,进一步增大，V,out,跟随V,in,的变化，且两者之差为V,GS,10/7/2024,19,小信号分析,考虑体效应,讨论,增益V,DD,-|V,TH1,|，M,1,截止，电流I,1,全部通过M,2,，有V,out,=V,DD,-I,1,R,D,如果V,in,V,DD,-|V,TH1,|，M1开启处于饱和区，,随着V,in,，I,D2,，当I,D1,=I,1,时，I,D2,0，有,当V,in,下降到V,in1,以下，I,D1,趋向大于I,1,，迫使M,1,进入线性区使I,D1,=I,1,。

10/7/2024,35,小结,小信号增益,输出电阻,输入电阻,摆幅,线性度,共源级,电阻负载,二极管,负载,忽略,忽略,小,较好,带源级负反馈,忽略,好,共漏极,（电流源负载）,忽略,忽略,小,差,共栅极,忽略,共源共栅级,（电流源负载）,小,直流或低频下,！,10/7/2024,36,小结,电路仿真是必不可少的！,不要让计算机替你去思考！,10/7/2024,37,。